第三章_酶的分子结构与功能.pptx

生物催化剂生物催化剂(biocatalyst)n酶(enzyme)是一类由活细胞产生的，对其特异底物具有高效催化作用的生物大分子。n 核酶(ribozyme)：具有高效、特异催化作用的核酸，主要参与RNA的剪接。第1页/共134页底物底物(substrate,S)：酶作用的物质。：酶作用的物质。产物产物(product,P)：反应生成的物：反应生成的物质。质。酶促反应酶促反应：酶催化的反应。：酶催化的反应。酶活性酶活性：酶催化化学反应的能力。：酶催化化学反应的能力。第2页/共134页n酶学研究简史公元前两千多年，我国已有酿酒记载。公元前两千多年，我国已有酿酒记载。一一百百余余年年前前，Pasteur认认为为发发酵酵是是酵酵母母细细胞胞生生命命活动的结果。活动的结果。1878年，年，Khne首次提出首次提出Enzyme一词。一词。1897年年，Eduard Buchner用用不不含含细细胞胞的的酵酵母母提提取液，实现了发酵。取液，实现了发酵。1926年年，Sumner首首次次从从刀刀豆豆中中提提纯纯出出脲脲酶酶结结晶晶(deoxyribozyme)。第3页/共134页1982年年，Cech首首次次发发现现RNA也也具具有有酶酶的的催催化化活活性，提出性，提出核酶核酶(ribozyme)的概念。的概念。1995年年，Jack W.Szostak研研究究室室首首先先报报道道了了具具有有DNA连连接接酶酶活活性性DNA片片段段，称称为为脱脱氧氧核核酶酶(deoxyribozyme)。第4页/共134页第一节第一节酶的分子结构与功能酶的分子结构与功能The Molecular Structure and Function of Enzyme第5页/共134页n酶的不同形式:单单体体酶酶(monomeric enzyme)：仅仅具具有有三三级级结结构构的的酶。酶。寡寡聚聚酶酶(oligomeric enzyme)：由由多多个个相相同同或或不不同同亚亚基以非共价键连接组成的酶。基以非共价键连接组成的酶。多多酶酶体体系系(multienzyme system)：由由几几种种不不同同功功能能的酶彼此聚合形成的多酶复合物。的酶彼此聚合形成的多酶复合物。多多 功功 能能 酶酶(multifunctional enzyme)或或 串串 联联 酶酶(tandem enzyme)：一一些些多多酶酶体体系系在在进进化化过过程程中中由由于于基基因因的的融融合合，多多种种不不同同催催化化功功能能存存在在于于一一条条多多肽肽链中，这类酶称为多功能酶。链中，这类酶称为多功能酶。第6页/共134页一、酶的分子组成中常含有辅助因子蛋白质部分：酶蛋白 (apoenzyme)apoenzyme)辅助因子(cofactor)(cofactor)金属离子金属离子小分子有机化合物小分子有机化合物全酶(holoenzyme)(holoenzyme)n结合酶(conjugated enzyme)n单纯酶(simpleenzyme)：淀粉酶、脂酶淀粉酶、脂酶第7页/共134页n全酶分子中各部分在催化反应中的作用:酶蛋白酶蛋白决定反应的决定反应的特异性特异性辅助因子辅助因子决定反应的决定反应的种类与性质种类与性质第8页/共134页金属酶(metalloenzyme)金属离子与酶结合紧密，提取过程中不金属离子与酶结合紧密，提取过程中不易丢失。易丢失。金属激活酶(metal-activatedenzyme)金属离子为酶的活性所必需，但与酶的金属离子为酶的活性所必需，但与酶的结合不甚紧密。结合不甚紧密。n金属离子是最多见的辅助因子第9页/共134页金属离子的作用：参与催化反应，传递电子；参与催化反应，传递电子；在酶与底物间起桥梁作用；在酶与底物间起桥梁作用；稳定酶的构象；稳定酶的构象；中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。中和阴离子，降低反应中的静电斥力等。第10页/共134页n小分子有机化合物是一些化学稳定的小分子物质，称为辅酶(coenzyme)。其主要作用是参与酶的催化过程，在反应中其主要作用是参与酶的催化过程，在反应中传递电子、质子或一些基团。传递电子、质子或一些基团。辅酶的种类不多，且分子结构中常含有维生辅酶的种类不多，且分子结构中常含有维生素或维生素类物质。素或维生素类物质。第11页/共134页转移的基团转移的基团小分子有机化合物（辅酶或辅基）小分子有机化合物（辅酶或辅基）小分子有机化合物（辅酶或辅基）小分子有机化合物（辅酶或辅基）名称名称所含的维生素所含的维生素氢原子（质子）氢原子（质子）NAD（尼克酰胺腺嘌呤二核（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸，辅酶苷酸，辅酶I尼克酰胺（维生素尼克酰胺（维生素PP）之一）之一NADP（尼克酰胺腺嘌呤二（尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸，辅酶核苷酸磷酸，辅酶II尼克酰胺（维生素尼克酰胺（维生素PP）之一）之一FMN（黄素单核苷酸）（黄素单核苷酸）维生素维生素B2（核黄素）（核黄素）FAD（黄素腺嘌呤二核苷酸）（黄素腺嘌呤二核苷酸）维生素维生素B2（核黄素）（核黄素）醛基醛基TPP（焦磷酸硫胺素）（焦磷酸硫胺素）维生素维生素B1（硫胺素）（硫胺素）酰基酰基辅酶辅酶A（CoA）泛酸泛酸硫辛酸硫辛酸硫辛酸硫辛酸烷基烷基钴胺素辅酶类钴胺素辅酶类维生素维生素B12二氧化碳二氧化碳生物素生物素生物素生物素氨基氨基磷酸吡哆醛磷酸吡哆醛吡哆醛（维生素吡哆醛（维生素B6之一）之一）甲基、甲烯基、甲炔基、甲基、甲烯基、甲炔基、甲酰基等一碳单位甲酰基等一碳单位四氢叶酸四氢叶酸叶酸叶酸某些辅酶（辅基）在催化中的作用第12页/共134页n辅酶中与酶蛋白共价结合的辅酶又称为辅酶中与酶蛋白共价结合的辅酶又称为辅基辅基(prosthetic group)(prosthetic group)。n n辅基和酶蛋白结合紧密，不能通过透析或超辅基和酶蛋白结合紧密，不能通过透析或超滤等方法将其除去，在反应中不能离开酶蛋滤等方法将其除去，在反应中不能离开酶蛋白，如白，如FADFAD、FMNFMN、生物素等。、生物素等。第13页/共134页 NAD+和和NADP+维生素维生素PP抗癞皮病维生素的抗癞皮病维生素的体内活性形式：体内活性形式：尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+)脱氢酶的辅酶（传递电子和质子）脱氢酶的辅酶（传递电子和质子）亦称：亦称：辅酶辅酶和和辅酶辅酶第14页/共134页NADP+：R为尼克酰胺NAD+：R为H第15页/共134页第16页/共134页 FMN 和和FAD维生素B2核黄素核黄素(riboflavin)(riboflavin)体内活性形式为体内活性形式为黄素单核苷酸(FMN)和黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)。FMNFMN及及FADFAD是体内是体内氧化还原酶(如脂酰如脂酰CoACoA脱氢脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、黄嘌呤氧化酶等）的辅基，酶、琥珀酸脱氢酶、黄嘌呤氧化酶等）的辅基，主要起主要起氢传递体的作用的作用。第17页/共134页VB2FMNAMPFAD第18页/共134页焦磷酸硫胺素(thiaminepyrophosphate,TPP)维生素B1硫胺素（抗神经炎因子、抗脚气病硫胺素（抗神经炎因子、抗脚气病V V）功能：以辅酶方式参加糖的分解代谢。以辅酶方式参加糖的分解代谢。TPPTPP是是维生素维生素B B1 1的活性形式，是的活性形式，是-酮酸氧化脱羧酶、转酮酶的辅酶。酮酸氧化脱羧酶、转酮酶的辅酶。第19页/共134页 泛酸泛酸(pantothenic acid)遍多酸的体内活性形遍多酸的体内活性形式式.酰基转移酶的辅酶，参与酰基转移酶的辅酶，参与酰基酰基的转移作用。的转移作用。辅酶A(CoASH)酰基结合位点第20页/共134页VB6转氨和脱羧过程中的辅酶转氨和脱羧过程中的辅酶转氨：通过醛、胺转化转氨：通过醛、胺转化第21页/共134页生物素(VB7)体内多种体内多种羧化酶（如（如丙丙酮酸羧化酶、乙酰酮酸羧化酶、乙酰CoACoA羧羧化酶）化酶）的辅基，与专一性的辅基，与专一性的羧化酶蛋白的的羧化酶蛋白的赖氨酸残赖氨酸残基相基相结合结合，参与，参与CO2固定过程。过程。第22页/共134页叶酸叶酸(folicacid)(folicacid)又称蝶酰谷氨酸，体内活性形式为又称蝶酰谷氨酸，体内活性形式为四氢叶酸四氢叶酸(FH(FH4 4)。一碳单位转移酶的辅酶，参与一碳单位（甲基、的辅酶，参与一碳单位（甲基、甲烯基、甲炔基、甲酰基等）的转移。甲烯基、甲炔基、甲酰基等）的转移。N5、N10是是一碳单位的结合位点。一碳单位的结合位点。四氢叶酸（FH4)第23页/共134页l缺乏症：叶酸缺乏时，红细胞的发育受到影响，造成巨红细胞性贫血症。叶酸二氢叶酸还原酶NADPH+H+NADP+二氢叶酸二氢叶酸还原酶NADPH+H+NADP+四氢叶酸5,6,7,8-四氢叶酸(FH4)CH27第24页/共134页二、酶的活性中心是酶分子中执行其催化功能的部位酶的结构酶的结构必需基团其它部分其它部分活性中心活性中心以外的必需基团活性中心以外的必需基团结合基团催化基团第25页/共134页酶分子中氨基酸残酶分子中氨基酸残基侧链的化学基团中基侧链的化学基团中，一些与酶活性密切相关一些与酶活性密切相关的化学基团的化学基团。n必需基团(essentialgroup)第26页/共134页指指必需基团在空间结构上彼此靠近，组必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异成具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物。这一区域称为结合并将底物转化为产物。这一区域称为酶的活性中心。n酶的活性中心(activecenter)第27页/共134页活性中心内的必需基团活性中心内的必需基团结合基团(bindinggroup)与底物相结合与底物相结合催化基团(c(catalyticgroup)atalyticgroup)催化底物转变成产物催化底物转变成产物位于活性中心以外，维持酶活性中心应有位于活性中心以外，维持酶活性中心应有的空间构象和（或）作为调节剂的结合部位所的空间构象和（或）作为调节剂的结合部位所必需。必需。活性中心外的必需基团第28页/共134页底物活性中心以外的必需基团结合基团催化基团活性中心第29页/共134页n溶菌酶的活性中心溶溶菌菌酶酶的的活活性性中中心心是是一一裂裂隙隙，可可以以容容纳纳肽肽多多糖糖的的6 6个个单单糖糖 基基（A A，B B，C C，D D，E E，F F），并并与与之之形形成成氢氢键键和和vanderwaalsvanderwaals力。力。催催 化化 基基 团团 是是 3535位位GluGlu，5252位位AspAsp；101101位位AspAsp和和108108位位TrpTrp是结合基团。是结合基团。第30页/共134页三、同工酶同工酶(isoenzyme)是是指指催催化化相相同同的的化化学学反反应应，而而酶酶蛋蛋白白的的分分子子结结构构理理化化性性质质乃乃至免疫学性质不同的一组酶。至免疫学性质不同的一组酶。n定义第31页/共134页根据国际生化学会的建议，同工酶是由不同根据国际生化学会的建议，同工酶是由不同基因编码的多肽链，或由同一基因转录生成基因编码的多肽链，或由同一基因转录生成的不同的不同mRNAmRNA所翻译的不同多肽链组成的蛋所翻译的不同多肽链组成的蛋白质。白质。同工酶存在于同一种属或同一个体的不同组同工酶存在于同一种属或同一个体的不同组织或同一细胞的不同亚细胞结构中，它使不织或同一细胞的不同亚细胞结构中，它使不同的组织、器官和不同的亚细胞结构具有不同的组织、器官和不同的亚细胞结构具有不同的代谢特征。这为同工酶用来诊断不同器同的代谢特征。这为同工酶用来诊断不同器官的疾病提供了理论依据。官的疾病提供了理论依据。第32页/共134页HHHHHHH MHHMMHMMMMMMMLDH1(H4)LDH2(H3M)LDH3(H2M2)LDH4(HM3)LDH5(M4)乳酸脱氢酶的同工酶n举例1第33页/共134页n举例2B BB BB BMMMM MMCK1(BB)CK2(MB)CK3(MM)脑心肌骨骼肌肌酸激酶(creatinekinase,CK)同工酶第34页/共134页第二节第二节 酶的工作原理酶的工作原理The Mechanism of Enzyme Action第35页/共134页在反应前后没有质和量的变化；在反应前后没有质和量的变化；只能催化热力学允许的化学反应；只能催化热力学允许的化学反应；只能加速可逆反应的进程，而不改变反应的平衡点。只能加速可逆反应的进程，而不改变反应的平衡点。n酶与一般催化剂的共同点：第36页/共134页（一）酶促反应具有极高的效率 一、酶促反应的特点酶的催化效率通常比非催化反应高酶的催化效率通常比非催化反应高10108 810102020倍，倍，比一般催化剂高比一般催化剂高10107 710101313倍。倍。酶的催化不需要较高的反应温度。酶的催化不需要较高的反应温度。酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应酶和一般催化剂加速反应的机理都是降低反应的的活化能(activationenergy)。酶比一般催化剂酶比一般催化剂更有效地降低反应的活化能。第37页/共134页酶酶的的催催化化效效率率可可用用酶酶的的转转换换数数(turnover number)来来表表示示。酶酶的的转转换换数数是是指指在在酶酶被被底底物物饱饱和和的的条条件件下下，每每个个酶酶分分子子每每秒秒钟钟将将底物转化为产物的分子数。底物转化为产物的分子数。第38页/共134页（二）酶促反应具有高度的特异性一种酶仅作用于一种或一类化合物,或一定的化学键,催化一定的化学反应并产生一定的产物,酶的这种特性称为酶的特异性或专一性。分类绝对专一性绝对专一性相对专一性相对专一性立体异构专一性立体异构专一性只能作用于某一底物只能作用于某一底物可作用于一类化合物或一种化学键可作用于一类化合物或一种化学键只作用于立体异构体中的一种只作用于立体异构体中的一种第39页/共134页RCOO-+ROH+H+酯酶：RCOR+H2OOOCH2OHOHOHOH15-葡萄糖苷酶O R+H2OOCH2OHOHOHOHOH15+ROH绝对专一性:脲酶：H2NCNH2+H2OO2NH3+CO2举例相对专一性:(脂肪酶、蛋白酶、磷酸酶、糖苷酶等脂肪酶、蛋白酶、磷酸酶、糖苷酶等)第40页/共134页立体异构专一性 H-C-COOH HOOC-C-H COOHCHOHCH2COOH H-C-COOH H-C-COOH 延胡索酸酶第41页/共134页（三）酶促反应的可调节性酶促反应受多种因素的调控，以适酶促反应受多种因素的调控，以适应机体对不断变化的内外环境和生命活应机体对不断变化的内外环境和生命活动的需要。动的需要。第42页/共134页二、酶通过促进底物形成过渡态而提高反应速率（一）酶比一般催化剂更有效地降低反应活化能酶和一般催化剂一样，加速反应的作酶和一般催化剂一样，加速反应的作用都是通过降低反应的用都是通过降低反应的活化能(activationenergy)实现的。实现的。活化能：底物分子从初态转变到活化底物分子从初态转变到活化态所需的能量。态所需的能量。第43页/共134页反应总能量改变 酶促反应 活化能 非催化反应活化能 一般催化剂催化反应的活化能 能量反 应 过 程 底物 产物 酶促反应活化能的改变酶促反应活化能的改变 过渡态能量反 应 过 程 底物 产物 第44页/共134页（二）酶-底物复合物的形成有利于底物转变成过渡态 酶底物复合物E+SE+PES(过渡态)第45页/共134页1.诱导契合作用使酶与底物密切结合酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形和相互适应，进而相互结合。这一过程称为酶形和相互适应，进而相互结合。这一过程称为酶-底物结合的底物结合的诱导契合(induced-fit)。第46页/共134页第47页/共134页羧肽酶的诱导契合模式 底物第48页/共134页2.邻近效应与定向排列使诸底物正确定位于酶的活性中心 酶在反应中将诸底物结合到酶的活性中心，使它酶在反应中将诸底物结合到酶的活性中心，使它们相互接近并形成有利于反应的正确定向关系。们相互接近并形成有利于反应的正确定向关系。这种这种邻近效应(proximityeffect)与定向排列(orientationarrange)实际上是将分子间的反应变实际上是将分子间的反应变成类似于分子内的反应，从而提高反应速率。成类似于分子内的反应，从而提高反应速率。第49页/共134页n邻近效应与定向排列：第50页/共134页3.表面效应使底物分子去溶剂化 活性中心是酶分子表面的疏水性活性中心是酶分子表面的疏水性口袋口袋,使使底物分子底物分子脱溶剂化，此疏水此疏水环境排除了环境排除了水对反水对反应的干扰，利于底物与酶分子的密切接触和结应的干扰，利于底物与酶分子的密切接触和结合。这种现象称为合。这种现象称为表面效应(surface effect)。第51页/共134页（三）酶的催化机制呈多元催化作用1.一般酸-碱催化作用(generalacid-basecatalysis)2.共价催化作用(covalentcatalysis)3.亲核催化作用(nucleophiliccatalysis)第52页/共134页第三节第三节酶促反应动力学酶促反应动力学Kinetics of Enzyme-Catalyzed Reaction 第53页/共134页n酶促反应动力学：研究各种因素对酶促反研究各种因素对酶促反应速率的影响，并加以定量的阐述。应速率的影响，并加以定量的阐述。n影响因素包括：底物浓度、酶浓度、底物浓度、酶浓度、pH、温度、抑制剂、激活剂等。温度、抑制剂、激活剂等。第54页/共134页一、底物浓度对反应速率影响的作图呈矩形双曲线在其他因素不变在其他因素不变的情况下，底物浓度的情况下，底物浓度对反应速率的影响呈对反应速率的影响呈矩形双曲线关系矩形双曲线关系。SSV V第55页/共134页当底物浓度较低时：反应速率与底物浓度成正比；反应为反应速率与底物浓度成正比；反应为一级反应。一级反应。SVVmax第56页/共134页随着底物浓度的增高：反应速率不再成正比例加速；反应为反应速率不再成正比例加速；反应为混合级反应。混合级反应。SVVmax第57页/共134页当底物浓度高达一定程度：反应速率不再增加，达最大速率；反反应速率不再增加，达最大速率；反应为零级反应应为零级反应SVVmax第58页/共134页中间产物解释酶促反应中底物浓度和反应速率关系的解释酶促反应中底物浓度和反应速率关系的最合理学说是最合理学说是中间产物学说：E+Sk1k2k3ESE+P（一）米曼氏方程式揭示单底物反应的动力学特性第59页/共134页19131913年年MichaelisMichaelis和和MentenMenten提提出出反反应应速速率率与与底底物物浓浓度度关关系系的的数数学学方方程程式式，即即米米曼曼氏氏方方程程式式，简简称称米氏方程式(Michaelisequation)。S：底物浓度底物浓度V：不同不同SS时的反应速率时的反应速率Vmax：最大反应速率最大反应速率(maximumvelocity)(maximumvelocity)m：米氏常数米氏常数(Michaelisconstant)(Michaelisconstant)VmaxSKm+S第60页/共134页1.E E与与S S形形成成ESES复复合合物物的的反反应应是是快快速速平平衡衡反反应应，而而ESES分分解解为为E E及及P P的的反反应应为为慢慢反反应应，反反应应速速率率取取决决于慢反应即于慢反应即V=k3ES。2.S S的的总总浓浓度度远远远远大大于于E E的的总总浓浓度度，因因此此在在反反应应的的初始阶段，初始阶段，S S的浓度可认为不变即的浓度可认为不变即S=SS=St t。米曼氏方程式推导基于两个假设：米曼氏方程式推导基于两个假设：第61页/共134页单底物、单产物反应；单底物、单产物反应；酶酶促促反反应应速速率率一一般般在在规规定定的的反反应应条条件件下下，用用单单位位时时间间内内底底物物的的消消耗耗量量和和产产物物的的生生成成量来表示；量来表示；反反应应速速率率取取其其初初速速率率，即即底底物物的的消消耗耗量量很很小（一般在小（一般在5以内）时的反应速率以内）时的反应速率底物浓度远远大于酶浓度。底物浓度远远大于酶浓度。n研究前提：第62页/共134页l米氏方程推导过程:游离酶浓度游离酶浓度=E-ES=E-ESESES生成速度生成速度=k k11(E-ES)S(E-ES)SESES分解速度分解速度=k k2 2ES+ES+k k3 3ESES当稳态时：当稳态时：ESES生成速度生成速度=ES=ES分解速度分解速度k k1 1 (E-ES)S=(E-ES)S=k k2 2ES+ES+k k3 3ESES第63页/共134页（E-ES）S k2+k3 ES k1 ES=因V=k3ES，当所有E被S饱和时，即达到最大速度，此时ES=E，Vmax=k3ES=k3 E。代入上式：=KmESKm+SV=k3ESKm+SVmax SKm+S=整理：V=Km+Sk3ES（2）（1）第64页/共134页G米-曼氏方程解释：?当SKm时，V=(Vmax/Km)S,即V与S成正比。?当SKm时，VVmax，即S而V不变。VmaxSKm+S第65页/共134页（二）Km与Vm是有意义的酶促反应动力学参数nKm值的推导nKm与Vmax的意义第66页/共134页当反应速率为最大反应速率一半时：当反应速率为最大反应速率一半时：nKm值的推导Km=SKm值等于酶促反应速率为最大反应速率一半时的底物浓度，单位是mol/L。2=Km+SVmaxVmaxSV VmaxmaxV VSSK KmmV Vmaxmax/2/2第67页/共134页n Km与Vmax的意义定义：定义：Km等于酶促反应速率为最大反应速率一半时等于酶促反应速率为最大反应速率一半时的底物浓度。的底物浓度。意义：意义：Km是是酶的特征性常数之一酶的特征性常数之一，只与酶的结构、底物和反应环境（如，温，只与酶的结构、底物和反应环境（如，温度、度、pH、离子强度）有关，与酶的浓度无关。、离子强度）有关，与酶的浓度无关。Km可近似表示酶对底物的亲和力，可近似表示酶对底物的亲和力，Km愈小，E对S的亲合力愈大，Km愈大，E对S的亲合力愈小。同一酶对于不同底物有不同的同一酶对于不同底物有不同的Km值。值。Km值第68页/共134页 Vmax定义：VmVm是酶完全被底物饱和时的反应速率，是酶完全被底物饱和时的反应速率，与酶浓度成正比。与酶浓度成正比。Vmax=K3 E 如果酶的总浓度已知，可从如果酶的总浓度已知，可从VmaxVmax计算酶计算酶的转换数的转换数(turnovernumber)(turnovernumber)，即动力学常数，即动力学常数k3k3。可用来比较每单位酶的催化能力。K3 K3 是酶的转换数。既：当酶完全被底物饱和时是酶的转换数。既：当酶完全被底物饱和时,单位时间内单位时间内每个酶分子催化底物转化成产物的分催化底物转化成产物的分子数子数.K3=Vmax/E.K3=Vmax/EE+Sk1k2k3ESE+P第69页/共134页1.双倒数作图法(double reciprocal plot)，又称为 林-贝氏(Lineweaver-Burk)作图法VVmaxmaxSSK Kmm+S+SV=V=（林贝氏方程）+1/V=1/V=K KmmV Vmaxmax1/V1/Vmaxmax1/S1/S两边同取倒数两边同取倒数（三）m值与max值可以通过作图法求取基本原则：将米氏方程变化成相当于y=ax+b的直线方程，再用作图法求出Km。第70页/共134页（林贝氏方程）+1/V=1/V=K KmmV Vmaxmax1/V1/Vmaxmax1/S1/S第71页/共134页2.Hanes作图法在林贝氏方程基础上，两边同乘在林贝氏方程基础上，两边同乘SSS/V=S/V=K Kmm/V/Vmaxmax+S/V+S/VmaxmaxSSS/VS/V-KmK Kmm/V/Vmm1/V1/Vmaxmax第72页/共134页二、底物足够时酶浓度对反应速率的影响呈直线关系在酶促反应系统中，当底物浓度大大超过酶在酶促反应系统中，当底物浓度大大超过酶的浓度，酶被底物饱和时，反应速率达最大速的浓度，酶被底物饱和时，反应速率达最大速率。此时，反应速率和酶浓度变化呈正比关系。率。此时，反应速率和酶浓度变化呈正比关系。第73页/共134页当当SE，酶可被，酶可被底物饱和的情况下，反底物饱和的情况下，反应速率与酶浓度成正比。应速率与酶浓度成正比。关系式为：关系式为：V=k3 E0 VE当SE时，Vmax=k3E酶浓度对反应速率的影响第74页/共134页三、温度对反应速率的影响具有双重性温度对酶促反应速率具有双重影响。温度对酶促反应速率具有双重影响。酶促反应速率最快时反应体系的温度称为酶促反应速率最快时反应体系的温度称为酶促反应的酶促反应的最适温度最适温度(optimum temperature)。第75页/共134页三.温度对反应速率的影响具有双重性两种不同影响：两种不同影响：1.温度升高，反应速度加快；2.温度升高，酶蛋白变性速度加快。T T最适最适指反应速度最大时的温度指反应速度最大时的温度.偏离偏离T T最适最适,活性活性都会降低都会降低,但本质不同但本质不同.T T TT T最适最适,因素因素2 2占主导占主导,酶变性而失活酶变性而失活.T最适第76页/共134页四、pH通过改变酶和底物分子解离状态影响反应速率最适pH（optimumpHoptimumpH）表现出酶最大活力的表现出酶最大活力的pHpH值值pHpH对酶作用的影响机制：对酶作用的影响机制：1.环境过酸、过碱使酶变性失活；2.2.影响酶活性基团影响酶活性基团(必需基团.辅基或辅酶)的解离；的解离；3.3.影响底物的解离。影响底物的解离。因此因此,只有在特定的PH条件下,E与S才能结合,反应.pH酶活性pH最适不同酶具有不同的不同酶具有不同的最适pH（不是酶的特征性常数）第77页/共134页pH酶活性胃蛋白酶淀粉酶胆碱酯酶第78页/共134页五、抑制剂可逆地或不可逆地降低酶促反应速率n酶的抑制剂(inhibitor)n酶的抑制区别于酶的变性：抑制剂对酶有一定选择性抑制剂对酶有一定选择性 引起变性的因素对酶没有选择性引起变性的因素对酶没有选择性凡能使酶的催化凡能使酶的催化活性下降而而不引起酶蛋白引起酶蛋白 变性的物质称为酶的抑制剂。的物质称为酶的抑制剂。第79页/共134页n抑制作用的类型不可逆性抑制(irreversibleinhibition)可逆性抑制(reversibleinhibition)竞争性抑制竞争性抑制 (competitiveinhibition)(competitiveinhibition)非竞争性抑制非竞争性抑制 (non-competitiveinhibition)(non-competitiveinhibition)反竞争性抑制反竞争性抑制 (uncompetitiveinhibition)(uncompetitiveinhibition)根据抑制剂和酶结合的紧密程度不同，根据抑制剂和酶结合的紧密程度不同，酶的抑制作用分为：酶的抑制作用分为：第80页/共134页有机磷化合物有机磷化合物 羟基酶羟基酶解毒解毒 -解磷定解磷定(PAM)重金属离子及砷化合物重金属离子及砷化合物 巯基酶巯基酶解毒解毒 -二巯基丙醇二巯基丙醇(BAL)n概念n举例抑制剂通常以共价键与酶活性中心的抑制剂通常以共价键与酶活性中心的必需基团相结合，使酶失活。必需基团相结合，使酶失活。（一）不可逆性抑制剂主要与酶共价结合第81页/共134页有机磷化合物路易士气失活的酶羟基酶失活的酶酸巯基酶失活的酶酸BAL巯基酶BAL与砷剂结合物第82页/共134页（二）可逆性抑制作用竞争性抑制竞争性抑制非竞争性抑制非竞争性抑制反竞争性抑制反竞争性抑制 n类型n概念抑抑制制剂剂通通常常以以非非共共价价键键与与酶酶或或酶酶-底底物物复复合合物物可可逆逆性性结结合合，使使酶酶的的活活性性降降低低或或丧失；抑制剂可用透析、超滤等方法除去。丧失；抑制剂可用透析、超滤等方法除去。第83页/共134页1.1.竞争性抑制作用的抑制剂与底物竞争结合酶的活性中心 有有些些抑抑制制剂剂与与底底物物的的结结构构相相似似，能能与与底底物物竞竞争争酶酶的的活活性性中中心心，从而阻碍酶底物复合物的形成。从而阻碍酶底物复合物的形成。这种抑制作用称为竞争性抑制作用。这种抑制作用称为竞争性抑制作用。n定义第84页/共134页n反应模式+IE EIE+SE+SE+PE+PESESIS S+ESIESEIPEE竞争性抑制作用第85页/共134页竞争性抑制作用特点抑抑制制程程度度取取决决于于抑抑制制剂剂与与酶酶的的相相对对亲亲和力及底物浓度；和力及底物浓度；I I与与S S结结构构类类似似，竞竞争酶的活性中心；争酶的活性中心；动动 力力 学学 特特 点点：V Vmaxmax不不 变变，表表 观观K Kmm增大。增大。抑制剂 无抑制剂1/V1/S-1/Km第86页/共134页竞争性抑制曲线第87页/共134页n举例丙二酸与琥珀酸竞争琥珀酸脱氢酶琥珀酸琥珀酸脱氢酶FADFADH2延胡索酸第88页/共134页磺胺类药物的抑菌机制与对氨基苯甲酸竞争二氢叶酸合成酶二氢蝶呤啶 对氨基苯甲酸 谷氨酸二氢叶酸合成酶二氢叶酸第89页/共134页有有些些抑抑制制剂剂与与酶酶活活性性中中心心外外的的必必需需基基团团相相结结合合，不不影影响响酶酶与与底底物物的的结结合合，酶酶和和底底物物的的结结合合也也不不影影响响酶酶与与抑抑制制剂剂的的结结合合。底底物物和和抑抑制制剂剂之之间间无无竞竞争争关关系系。但但酶酶-底底物物-抑抑制制剂剂复复合合物物(ESI)不不能能进进一一步步释释放放出出产产物物。这这种种抑制作用称作非竞争性抑制作用。抑制作用称作非竞争性抑制作用。2.2.非竞争性抑制作用的抑制剂不改变酶对底物的亲和力 n定义第90页/共134页n反应模式+SS+SS+ESIEIEESEPE+SE+SESESE+PE+P+IE EI+S+SE EISS+I非竞争性抑制作用第91页/共134页n非竞争性抑制作用特点抑抑制制剂剂与与酶酶活活性性中中心心外外的的必必需需基基团团结结合合，底底物物与与抑抑制制剂剂之间无竞争关系；之间无竞争关系；抑抑制制程程度度取取决决于于抑抑制剂的浓度；制剂的浓度；动动 力力 学学 特特 点点：V Vmaxmax降降 低低，表表 观观K Kmm不变。不变。抑制剂1/V1/S无抑制剂无抑制剂-1/Km第92页/共134页非竞争性抑制曲线第93页/共134页抑抑制制剂剂仅仅与与酶酶和和底底物物形形成成的的中中间间产产物物(ES)结结合合，使使中中间间产产物物ES的的量量下下降降。这这样样，既既减减少少从从中中间间产产物物转转化化为为产产物物的的量量，也也同同时时减减少少从从中中间间产产物物解解离离出出游游离离酶酶和和底底物物的的量量。这种抑制作用称为反竞争性抑制作用。这种抑制作用称为反竞争性抑制作用。n定义3.反竞争性抑制作用的抑制剂仅与酶-底物复合物结合 第94页/共134页n反应模式E+SE+SE+PE+PESES+IESESI+ESESESIEP第95页/共134页n特点：抑抑制制剂剂只只与与酶酶底底物复合物结合；物复合物结合；抑抑制制程程度度取取决决与与抑抑制制剂剂的的浓浓度度及及底底物物的浓度；的浓度；动动力力学学特特点点：V Vmaxmax降降低低，表表观观K Kmm降降低。低。抑制剂1/V1/S无抑制剂无抑制剂第96页/共134页反竞争性抑制曲线第97页/共134页各种可逆性抑制作用的比较 第98页/共134页六、激活剂可加快酶促反应速率n定义使使酶酶由由无无活活性性变变为为有有活活性性或或使使酶酶活活性性增加的物质称为增加的物质称为激活剂(activator)。n种类必需激活剂必需激活剂：酶活性不可缺.如:激酶中的Mg+非必需激活剂：非必需激活剂：有它酶活性可增加.如:Cl-对于唾液淀粉酶第99页/共134页第四节第四节 酶的调节酶的调节The Regulation of Enzyme第100页/共134页调节调节含量含量活性活性合成合成分解分解变构调节变构调节化学修饰化学修饰迟缓调节迟缓调节快速调节快速调节n调节方式n调节对象：关键酶第101页/共134页n变构效应剂(allosteric effector)变构激活剂变构激活剂变构抑制剂变构抑制剂n变构调节(allostericregulation)n变构酶(allostericenzyme)n变构部位(allostericsite)一一些些代代谢谢物物可可与与某某些些酶酶分分子子活性中心外的的某某部部分分可可逆逆地地结结合合，使使酶构象改变，从从而而改改变变酶的催化活性，此种调节方式称酶的催化活性，此种调节方式称变构调节。（一）变构酶通过变构调节酶的活性一、调节酶实现对酶促反应速率的快速调节第102页/共134页别构酶别构酶催化中心别构中心可在同一亚基可在同一亚基,也可不在同一亚基也可不在同一亚基-结合结合S,S,将将S S转化为转化为P P-结合结合别构剂别构剂(效应剂效应剂)如如:ATP:ATP、AMPAMP、S S、P P、小分子代、小分子代谢物谢物构象改变构象改变,功能改变效应剂活性变构激活活性变构抑制第103页/共134页n变构酶常为多个亚基构成的寡聚体，具有协同效应。变构激活变构抑制 变构酶的形曲线变构酶的形曲线S S V V 无变构效应剂 酶的变构调节是体内代谢途径的重要快速调节方式之一。第104页/共134页（二）酶的化学修饰调节是通过某些化学基团与酶的共价结合与分离实现的在在其其他他酶酶的的催催化化作作用用下下，某某些些酶酶蛋蛋白白肽肽链链上上的的一一些些基基团团可可与与某某种种化化学学基基团团发发生生可可逆逆的的共共价价结结合合，从从而而改改变变酶酶的的活活性性，此此过程称为共价修饰。过程称为共价修饰。n共价修饰(covalentmodification)第105页/共134页磷酸化与脱磷酸化（最常见）乙酰化和脱乙酰化乙酰化和脱乙酰化甲基化和脱甲基化甲基化和脱甲基化腺苷化和脱腺苷化腺苷化和脱腺苷化SHSH与与S SS S互变互变n常见类型酶的化学修饰是体内快速调节的另一种重要方式。第106页/共134页酶的磷酸化与脱磷酸化-OHThrSerTyr酶蛋白H2OPi磷蛋白磷酸酶ATPADP蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-酶蛋白第107页/共134页有些酶在细胞内合成或初分泌时只是酶有些酶在细胞内合成或初分泌时只是酶的无活性前体，此前体物质称为酶原。的无活性前体，此前体物质称为酶原。在一定条件下，酶原向有活性酶转化的过程。在一定条件下，酶原向有活性酶转化的过程。（三）酶原的激活使无活性的酶原转变成有催化活性的酶n酶原(zymogen)n酶原的激活第108页/共134页n酶原激活的机理酶酶 原原分子构象发生改变分子构象发生改变形成或暴露出酶的活性中心形成或暴露出酶的活性中心 一个或几个特定的肽键断裂，水解一个或几个特定的肽键断裂，水解掉一个或几个短肽掉一个或几个短肽在特定条件下第109页/共134页赖缬天天天天甘异赖缬天天天天缬组丝S SS SS SS S464618183 3甘异缬组丝S SS SS SS S肠激酶肠激酶胰蛋白酶胰蛋白酶活性中心活性中心胰蛋白酶原的激活过程第110页/共134页n酶原激活的生理意义避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化，避免细胞产生的酶对细胞进行自身消化，并使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证并使酶在特定的部位和环境中发挥作用，保证体内代谢正常进行。体